亞洲健康互聯
優化產業的推手,生醫商機的GPS!

首頁最新消息最新消息醫用紅外熱像在發熱篩檢中的應用

醫用紅外熱像在發熱篩檢中的應用

來源 : 中國醫療設備雜誌2019年第11期
update : 2020/01/14
引言
體溫是重要的健康指標[1-2]。從西元前400 年開始,體溫已用於臨床診斷[3]。人類作為一個恒溫動物,能夠不同于周圍環境溫度而維持體溫的恒定[4]。溫度計產生於17 世紀左右[5],Martine[6] 經常用溫度計來測量正常人體溫的晝夜變化。1868 年,Wunderlich[7] 首先系統地研究了發燒患者的體溫,並與正常人進行了比較,從而確定了體溫作為患病的科學指標。他認為,體溫在36.3~37.5℃之間是正常的,超出該範圍可能患病。1800 年,Herschel 爵士發現紅外輻射,他的兒子約翰· 赫歇爾拍攝的第一幅熱成像為溫度測量領域開闢了新的空間。1934 年,Hardy 團隊[8-9] 闡述了人體紅外輻射的生理作用,提出可將人體皮膚視為黑體輻射器。他確立了紅外技術對溫度測量的診斷意義,為紅外熱像(Infrared Thermography,IRT)技術在醫學領域的應用鋪平了道路。

1 紅外熱像儀的發展
紅外熱像技術將目標向外輻射的不可見紅外能量轉換成可見的偽彩色熱圖像,圖像中不同的顏色表示不同的溫度水準。IRT 儀的主要組成有:將紅外能量聚焦到探測器上的光學器件,將紅外能量轉換為電信號的紅外探測器陣列,按下自動調整按鈕時執行圖像校正的快門系統,以及處理電信號以生成輻射圖像並進行溫度計算的數位信號處理單元。溫度測量的精度取決於發射率、環境溫濕度、氣流和距目標的距離等因素[10]。

迄今,紅外攝像機經歷了三代發展。第一代攝像機使用一個單元素探測器和兩個掃描鏡來生成圖像。他們遇到了白化(即高強度導致的飽和度)問題。第二代相機採用了兩個掃描鏡和一個大的線性陣列或小的二維陣列作為探測器,採用延時積分演算法進行圖像增強。第三代攝像機沒有鏡子,而具有大型焦平面陣列(FPA)探測器和影像處理晶片,從而提高了設備的可靠性和靈敏度[11-15]。

探測器是紅外攝像機的核心。紅外探測器分為兩類:製冷型和非製冷型。固態系統的發展為新型探測器的生產鋪平了道路,新型探測器具有更好的精度和解析度。目前,非製冷相機的熱靈敏度約為0.05℃,而製冷相機的熱靈敏度為0.01℃。非製冷相機有許多優點,即高空間解析度、高溫度解析度、緊湊性和便攜性[16-17]。Frederickson[18] 報導稱,基於FPA 的攝像機在工作距離和視場內的空間解析度小於2 mm(距離為1 m 上的200 mm 工作距離和視場至500 mm 工作距離和視場)。此外,它們重量輕,採用矽片技術製造,與製冷探測器相比成本低。這種現代數位非製冷紅外攝像機極大地改善了醫學熱成像,使得IRT 技術在醫學領域的研究與應用重新煥發生機。

2 發熱篩查
Nguyen[19] 等研究了IRT 對發熱大規模篩查的有效性,並記錄了頸部和面部的熱像圖。他們觀察到,熱成像方法對區分發熱病人靈敏度較高,與自我報告發熱病例的結果類似,並得出結論,IRT 是快速和非接觸大規模篩查發熱的有效工具。Chamberlain 等[20] 用紅外發射溫度計測定了不同年齡組的正常耳部溫度。嚴重急性呼吸綜合征(Severe Acute Respiratory Syndrome,SARS)和禽流感等流行病的爆發,為有效利用IRT 進行大規模發熱篩查鋪平了道路。2003 年,IRT 被成功地用於SARS 患者發熱的大規模篩查。Chiang 等[21] 也報告了類似的結果。篩查潛在感染者是預防非典大規模傳播的首要步驟。許衛國等[22] 報導了利用IRT儀監測出入境口岸人員體溫的統計結果,並且探討提高發熱報警率和檢出率的方法。Ng[23] 研究了IRT 在發熱大規模篩查中的有效性,提出體溫升高是包括非典在內的許多傳染病最常見的綜合征之一,因此IRT 是在公共衛生危機期間對受試者進行初步大規模篩查的有力工具。2009 年流感爆發期間,日本成田國際機場的乘客進入安檢時使用了IRT Ring 等[24] 報導,在流行性發熱大規模傳染時,風險最高的人群是兒童,並進行了基於IRT 的兒童發熱檢測研究。他們提出IRT 可以被認為是一種潛在的發熱篩查工具,並且發現腋窩溫度(用常規體溫計測量)和眼睛內眼角溫度(用IRT 測量)高度相關。王冠南等[25] 探討了發熱患兒體表溫度的分佈規律,並且繪製人類體表溫度分佈圖。

隨著現代紅外攝像機、資料獲取和處理技術的出現,即時...完整